بخشی از مقاله
خلاصه
از خاکهای مسلح شده با فیبر، میتوان به عنوان خاکریز پشت دیوارهای حائل استفاده نمود. در این مقاله از روش مشخصههای تنش برای محاسبه فشار جانبی دیوارهای خاکی مسلح شده با فیبر در حالت غیرفعال استفاده شده است. توزیع فیبرها در خاک به صورت تصادفی در همه راستاها در نظر گرفته شده است. معیار گسیختگی استفاده شده، مخلوط خاک با فیبر را به صورت یک محیط همگن اما غیرایزوتروپ در نظر میگیرد و از پارگی فیبرها صرفنظر میکند. خاکریز پشت دیوار به صورت دانهای و بدون چسبندگی در نظر گرفته شده است.
معادلات تعادل تنش روی خطوط مشخصهها، با ارضای شرایط مرزی سطح زمین و دیوار، با استفاده از روش تفاضل محدود حل شده است. برای حل مسئله یک برنامه کامپیوتری نوشته شده که با استفاده از ویژگیهای خاک و فیبرها و شرایط مرزی به عنوان ورودی، میتواند شبکه را حل کرده و توزیع تنش وارده به حائل را محاسبه کند. ضریب فشار جانبی خاک را میتوان با انتگرالگیری از این فشار به دست آورد.
نتایج نشان میدهند که تفاوت استفاده از زاویه اصطکاک معادل در حالتی که فیبرها به صورت تصادفی ریخته شوند، با حالت کلی تحلیل، بسیار کم است. با انجام تحلیلهای پارامتری متعدد، اثرات ناشی از ویژگیهای خاک و فیبر و همچنین زاویه شیب دیوار و سطح زمین بر روی فشار جانبی خاک ارزیابی شده است.
1. مقدمه
مسلح کردن زمین در مهندسی ژئوتکنیک به منظور افزایش ظرفیت باربری سازههای ژتوتکنیکی روشی بسیار مرسوم میباشد. مصالح مسلحکننده از لحاظ ابعاد، جنس، نحوه استفاده و ... به انواع مختلفی تقسیم میشوند که شامل مسلحکننده پلیمری و مسلحکننده نواری - صفحهای - و ... می باشند. مسلحکننده فیبر مصالحی با طول کوتاه هستند که به صورت تصادفی در خاک ریخته میشوند و سپس با آن متراکم میشوند
مسلح کننده فیبر یک تکنولوژی برای بهبود مقاومت خاکهای استفاده شده به عنوان خاکریز در سازه های ژئوتکنیکی میباشند .
خاک مسلحشده با فیبر برای اولین بار توسط [2] Waldron با یک کوشش برای تخمین زدن تأثیر ریشه گیاهان برای پایداری شیبهای زمین مورد توجه قرار گرفت. ایشان یک مدل برای خاک مسلح شده با ریشه گیاهان غیرصلب ارائه دادند و نشان دادند که ضریب ایمنی شیب با کاربرد این مسلحکننده افزایش پیدا میکند.
Li and Ding رفتار اﻻستیک غیرخطی خاک مسلحشده با فیبر را در کرنشهای کوچک مورد بررسی قرار دادند. [4] Michalowski and cermak با فرض توزیع تصادفی فیبرها در همه راستاها، تخمینهای کارآمد و کاملاً دقیق از مقاومت ماسه مسلح شده با فیبر در تراکم سه محوری به صورت همسان ارائه دادند.
آزمایش بارگذاری صفحهای را روی خاک مسلح شده با فیبر در فشار جانبی بالا انجام داده و نتایج بهدستآمده را با خاک غیرمسلح مقایسه نمودند.
از روش تحلیل حدی برای خاکهای مسلح شده با فیبر استفاده نمودند. ایشان گسترش شرایط تسلیم ناهمسانگرد برای ماسه مسلحشده با فیبر و همچنین عملکرد تحلیل حدی از مصالح اصطکاکی ناهمسان را با استفاده از دو مثال از بارگذاری دیوارهای حایل و ظرفیت باربری یک پی ارائه دادند
. رفتار مسلحکننده فیبر و پایداری خاک رس که تحت بارگذاری مختلف قرار میگیرند را مورد بررسی قرار دادند. برهمکنش خاک و فیبر کوتاه را بررسی نمودند. ایشان همچنین تحقیقاتی نیز بر روی ترکیب ماسه رسدار و فیبر کوتاه انجام دادند
معیار گسیختگی ماسه مسلح شده با فیبر را مورد ارزیابی قرار دادند.
روش مشخصههای تنش - stress characteristics - که توسط [10] Sokolovski ارائه شده است، برای حل مسائل مختلف ژئوتکنیکی مانند ظرفیت باربری، محاسبه فشار های جانبی خاک در دیوارهای حایل، ظرفیت باربری پیهای نزدیک شیب قابلیت خود را به اثبات رسانده است. [
Kumar and Chitikela از روش مشخصههای تنش برای محاسبه ضرایب فشار مقاوم زمین برای یک دیوار حایل با مصالح بدون چسبندگی در حضور نیروی افقی زلزله استفاده نمودند.
Kumar and Rao از این روش برای محاسبه ضرایب ظرفیت باربری برای پیهای نواری استفاده نمودند که در واقع تأثیر نیروی افقی زلزله را روی ظرفیت باربری پیها مورد بررسی قرار دادند. ایشان همچنین برای تخمین ظرفیت باربری لرزهای فونداسیونهای روی شیب از روش مشخصههای تنش استفاده نمودند
Kumar and Ghosh . از مشخصههای تنش برای تخمین زدن ضریب ظرفیت باربری برای پیهای حلقوی استفاده نمودند. کشاورز [15] روش مشخصه های تنش را برای ارزیابی پایداری دینامیکی و استاتیکی سازههای خاکی مسلح و غیرمسلح در حالت کرنش صفحهای و تقارن محوری به کار بردند
Fattah et al. روش مشخصه های تنش را برای تخمین ظرفیت باربری خاک مورد ارزیابی قرار دادند.
دانایی پایداری لرزهای دیوارهای خاکی مسلح به روش مشخصههای تنش را مورد بررسی قرار داد. مسلحکنندهها در تحقیق ایشان از نوع مسلح کننده نواری یا صفحهای بوده است. در سال 1391 کشاورز و جهان اندیش [18] از روش مشخصه های تنش برای تعیین ظرفیت باربری لرزهای پیهای نواری استفاده نمودند.
دراین مقاله، برای ارزیابی فشار جانبی خاک مسلح شده با فیبر روی دیوارهای حایل، از روش مشخصههای تنش استفاده شده است. همانگونه که ذکر شد، از روش مشخصههای تنش برای مسائل مختلفی در مهندسی ژئوتکنیک استفاده شده است اما از این روش تاکنون در ارزیابی فشار جانبی خاک مسلح شده با فیبر استفاده نشده است. برای حل مسئله، معادلات تعادل تنش با ارضای شرایط مرزی تنش در مرز روی سطح زمین و مرز دیوار، با روش تفاضل محدود حل شده و ناحیه گسیختگی و نیز فشار جانبی وارده به دیوار محاسبه شده است. نتایج این مقاله، در قالب نمودار و جدول برای محاسبه ضریب فشار جانبی این گونه دیوارها در حالت غیرفعال ارائه شده است. همچنین تأثیر پارامترهای مختلف روی فشار جانبی این گونه دیوارها بررسی شده است.
2. روش مشخصههای تنش
در روش مشخصههای تنش، وضعیت تنش در هر نقطه خاک با چهار پارامتر - - x , z , p, بیان میشودکه زاویه بین محور x و جهت تنش اصلی 1 - شکل - 1، p تنش میانگین وx و z مختصات نقطه مورد نظر میباشد. برای خاک مسلح شده با فیبر در حالت همگن و ایزوتروپ که در حالت کرنش صفحهای در راستای x - x-z محور افقی و z در راستای عمق - قرار دارد، مؤلفههای تنش را میتوان به صورت زیر نوشت:
که R شعاع دایره موهر است. اگر توزیع فیبرها در خاک به صورت تصادفی فرض شود، شعاع دایره موهر، بر اساس معیار [1] Michalowski از رابطه زیر به دست میآید:
که اگر Vr حجم فیبرها در المانی از خاک به حجم V باشد، V و نسبت ابعاد فیبرها میباشد که با فرض شکل فیبرها به صورت استوانهای l - و r به ترتیب طول و شعاع فیبر - ، l میباشد .همچنین در روابط بالا ، زاویه اصطکاک داخلی خاک و wزاویه اصطکاک بین خاک و فیبر میباشد.
شکل -1 مجهولات تنش تفاضل محدود
حال با به دست آوردن مشتقات جزئی مؤلفههای تنش و انجام یک سری محاسبات جبری [15] معادلات زیر در راستای مشخصهها به دست خواهند آمد:
در معادلات بالا X و Z نیروهای جسمی و یا اینرسی در راستای x و z می باشند، که اگر ضرائب لرزهای در این دو راستا به ترتیب با Kh و Kv نشان داده شوند و نیز وزن واحد حجم خاک باشد، X=- Kh و Z=- - 1 -Kv - می باشد
برای حل همزمان معادلات تنش برای یک نقطه بخصوص از روش تفاضل محدود استفاده شده است. در این روش باید چهار پارامتر اصلی نقاط - x , z , p , - مربوط به دو نقطه A - مشخصه منفی - و B - مشخصه مثبت - معلوم باشند تا بتوان این چهار پارامتر را برای نقطه C به دست آورد
برای یافتن پارامترهای مجهول در نقطه C باید سعی و خطا انجام داد. به این صورت که در ابتدا مقادیر این پارامترها در نقطه C روی مشخصه مثبت برابر مقادیر نقطه B و روی مشخصه منفی برابر مقادیر نقطه A فرض میشوند و با استفاده از معادلات بدست آمده در راستای مشخصهها مقادیر نقطه C به دست میآیند. از مقادیر به دست آمده استفاده نموده و مجدداً مقادیر جدیدی برای این نقطه به دست میآیند. باید اینقدر این روند را ادامه داد تا اختلاف بین مقادیر به دست آمده در دو مرحله متوالی به اندازه کافی کوچک شود.
